基于DSP的太陽光線自動跟蹤系統設計與實現

4 控制系統實現
該系統采用粗跟蹤與精確跟蹤相結合的方法精確跟蹤太陽光線，并利用TMS28x系列DSP，其具有精度高、速度快、集成度高的特點，內部集成有串行通信模塊、事件管理器、A/D轉換器等模塊，可滿足控制系統各項功能要求。同時，還能實現簡單的浮點運算，并滿足系統粗跟蹤計算要求。圖4為利用TM320F2806型DSP作為主控制器設計的跟蹤系統控制框圖。

該系統控制硬件主要包括：主控制器、電機及驅動器、跟蹤傳感器、光電編碼器、顯示屏等。系統主要完成粗跟蹤太陽位置計算、跟蹤信號檢測、電機驅動、位置檢測、顯示、監控等功能。對太陽光線的跟蹤分為粗跟蹤與精定位。粗跟蹤由軟件實現，精定位由傳感器實現。粗跟蹤過程中，主控制器根據時間和日期以及觀測點經度、緯度計算出太陽的粗略位置，并與編碼器檢測的跟蹤軸位置相比較，根據兩者的差值輸出控制信號，驅動電機向程序計算的位置運動。跟蹤傳感器主光軸垂直于聚光器接收面，傳感器檢測信號經放大和濾波后由控制器采樣。跟蹤傳感器不斷檢測光電池輸出電壓信號，并將檢測值送至控制器中的A/D轉換模塊，檢測到光線強度滿足跟蹤閾值后，進入傳感器精確跟蹤，并根據電壓差采樣值確定電機轉向及速度。光電編碼器也用于返回精確跟蹤結束后太陽的實際位置。
由于系統需保存各種參數，如位置校準值、當地地理參數等，擴展1個I2C總線鐵電存儲器用于數據存儲。行程開關用于為系統提供極限位置保護。系統的各種跟蹤信息可通過RS485總線傳輸至上位機，同時上位機也可實現控制跟蹤裝置，包括開始跟蹤、回零點、停止等命令。當前跟蹤信息，如顯示跟蹤數據、電機的運行狀態、A/D轉換值及各種故障信號，都可在現場通過顯示屏顯示，通過顯示屏或手動開關實現手動操作跟蹤裝置，調試方便。

5 結論
本文設計的跟蹤控制系統使用程序控制和傳感器控制相結合的方法，實現精確跟蹤太陽光線，其特點是：(1)DSP系統具有較好的穩定性，且運算速度快，利用其內部的時間管理器模塊簡單有效地控制電機運動。(2)具有相應的人機界面，可實現相應參數的顯示和遠程控制。而在跟蹤方法方面，具有以下特點：(1)粗跟蹤采用簡單算法實現，避免單一的程序控制對現場控制器高數據處理能力和大數據存儲空間的要求；(2)單一的程序控制需要兩個運動軸的高精度角度傳感器作為本地定位檢測，而這里所用策略的精確跟蹤過程南傳感器完成，降低程序控制時系統對角度傳感器的精度要求；(3)跟蹤范圍廣，傳感器結構簡單，價格低廉，跟蹤穩定。